과학적 방법에 대하여

새 지식을 얻고 이를 조직화하고 적용하는 가장 효과적인 방법은 학생들이 공통과학을 처음 배울 때 접했던 과학적 현상에 대한 고전적 접근방법을 취하는 것이다. 즉 논제를 분석하고 개요를 작성하며, 적용해야 할 전문적인 과학지식을 찾아 응용하고 결론을 도출해야 한다. 요약해서 설명하면 다음과 같다.

1. 문제를 인식한다 : 주어진 문제 또는 현재 상황을 있는 그대로 파악하되, 언어적 측면을 넘어 좀더 넓은 범위의 과학적 인식이 중요하다. 즉 운동, 전기, 역학, 에너지, 화학반응, 산과 염기, 광합성, 생명현상, 지구의 운동, 기상 변화, 별과 우주 등 과학교과 전반적 영역에 대한 문제인식이 필요하다.

2. 과학적 가설을 설정한다 : 해답에 대해 근거 있는 가정과 추측을 한다.

3. 가설 결과를 예측한다.



4. 예측을 검증하기 위해 실험한다 : 과학적 가설이란 실험을 통해 검증될 때까지는 사실일 것으로 추정되는 근거 있는 추측을 말한다. 따라서 가설은 검증을 통해야 비로소 타당성을 얻을 수 있다.

5. 위의 세 가지 요소, 즉 가설·예측·실험 결과를 조직화해 단순한 규칙으로 공식화하거나 이론화한다 : 과학적 이론은 반드시 과학적 사실에 기초한다. 때문에 과학에 관련된 어떤 제시문과 논제가 주어지더라도 과학적 접근방법의 순서와 항목에 따라 과학적 이론을 활용해 결론을 유도해야 한다.

과학의 정신과 과학적 태도

과학자가 가설이나 법칙 또는 원리와 상반되는 증거를 발견하면, 과학정신에 비추어볼 때 그 가설이나 법칙 또는 원리는 수정되거나 폐기돼야 한다. 즉, 과학자는 생각을 바꾸거나 포기할 준비가 돼 있어야 한다. 과학의 정신에 비추어본다면, 명성 높고 추종자가 많은 어떤 권위보다 입증할 수 있는 단 하나의 실험 결과가 중요하다. 과학자들은 기대했던 것과 다른 내용을 발견하더라도 기꺼이 받아들여야 하고, 자신이 ‘본 것’과 ‘보고자 했던 것’을 구분하기 위해 부단히 노력해야 한다. 최근 사회적 문제가 됐던 황우석 박사의 줄기세포 연구 파문은 실험을 통한 검증 결과가 아닌 우연한 발견을 실제 결과로 인식하고자 했던 과학자의 심리를 적나라하게 보여준 사례다.

더 나은 가설은 사실 앞에서 정직한 사람들에 의해 만들어진다. 즉, 과학논술의 논리를 전개할 때는 과학정신이 뒷받침된 검증된 이론을 활용하는 과학적 태도가 중요하다. 과학적 태도는 자연에서 일어나는 사건들 사이의 질서, 균질성 그리고 규칙적인 관계에 대한 탐구를 수반한다. 이런 것들은 원인 분석과 결과의 예측을 가능하게 한다. 우리는 자연을 더 잘 이해함으로써 미래를 더 잘 조절할 수 있음을 과학논술의 결론으로 유도할 수 있어야 한다.

다음은 과학통합논술이나 심층구술면접을 볼 때 꼭 알아야 할 배경지식을 요약한 것이다. 이를 참고로 다음 호부터는 대학에서 출제할 가능성이 있는 과학통합논술(물리, 화학, 지학, 생물, 환경 등)의 실전문제를 다루도록 하자.

1. 기초과학에 대하여

오늘날 과학의 연구 분야는 살아 있는 것에 대한 연구(생명과학)와 생명이 없는 것에 대한 연구(물질과학)로 나뉜다. 생명과학은 다시 생물학, 동물학, 식물학의 영역으로 분류되고 물질과학은 지질학, 천문학, 화학, 물리학으로 나뉜다.

물리학은 물질과학의 한 분야 이상의 의미가 있는 학문으로 모든 과학의 기초가 된다. 물리학은 기초적인 사물의 본성 - 운동, 힘, 에너지, 물질, 열, 소리, 빛 그리고 원자의 구성 등 - 을 다룬다. 화학은 물질이 어떻게 모이고, 원자들이 어떻게 분자를 이루며, 분자들이 우리 주변의 여러 물질을 만드는 과정에서 어떻게 결합하는지를 밝히는 학문이다. 생물학은 살아 있는 사물을 대상으로 하는 더욱 복잡한 학문이다. 따라서 화학은 생물학의 기초가 되며, 물리학은 이러한 화학의 기초가 된다. 물리학의 개념들은 화학이나 생물학 같은 더 복잡한 과학의 기본이다. 이것이 바로 물리학을 기초과학이라고 하는 이유다. 물리학을 이해한다면 다른 과학 분야를 더 잘 이해할 수 있다.

2. 수학은 과학을 표현하는 언어

과학의 개념이 수학적 용어로 표현될 때 그것은 확실한 의미를 갖게 된다. 일상용어로 표현된 어떤 생각에 대해 토론할 때 종종 혼란이 생기는 것과 달리, 수학 용어로 표현된 개념은 이중적 의미를 갖지 않는다. 자연에서 발견한 것을 수학적으로 표현하면 실험을 통해 증명하거나 반박하기가 더 쉽다. 17세기에 이룩된 과학의 비약적 발전은 수학과 실험을 통한 검증 방법을 이용했기에 가능했다. 과학적 사고와 개념을 그리는 데 도움이 되는 언어의 묘사가 수학이다. 즉, 수학은 과학을 표현하는 언어다.

3. 과학적 가설은 검증할 수 있어야 한다.

가설이 과학이론으로 체계화되고 정립되기 위해서는 자연에 대한 보편적 이해와 연관돼야 하며, 기본적인 규칙을 따라야 한다. 여기서 규칙이란, 가설은 검증될 수 있어야 한다는 것이다. 가설이 옳다는 것을 증명하는 수단보다는 틀렸음을 증명하는 수단이 있는 게 더 중요하다. 우리는 대부분 진실을 증명하고 싶어하므로 처음에는 이런 말이 이상하게 들릴지 모른다. 그러나 과학적 가설은 다르다. 사실 여러분이 어떤 가설이 과학적인지 아닌지 판단하려고 할 때, 그 가설이 틀렸을 가능성을 검증할 방법이 없다면 그 가설은 과학적이지 못한 것이 된다. 알버트 아인슈타인은 이 같은 내용을 다음과 같이 표현했다. “아무리 실험을 많이 해도 내가 옳음을 증명할 수는 없다. 그러나 단 한 가지 실험으로 내가 틀렸음을 증명할 수 있다.”

4. 과학, 기술 그리고 인간(사회) - 과학은 해답을 얻는 방법이며, 기술은 그것을 실행하는 방법이다.

과학과 기술은 다르다. 과학은 이론적 의문에 대해 해답을 얻는 방법이고, 기술은 실제적인 문제를 푸는 방법이다. 과학은 사실과 자연에서 관측할 수 있는 현상들 사이의 관계를 발견하고, 이러한 사실들과 관계들을 체계화해 이해시키는 이론 수립에 관심을 가진다. 기술은 도구, 기교, 과학의 발견을 이용할 수 있게 하는 절차와 관계가 있다.

과학과 기술은 서로 다른 방면에서 인간이 이룩한 업적이다. 풀어야 할 문제가 무엇인지를 결정할 때 과학자들은 자신의 관심과 흥미를 따르기도 하고, 다른 사람을 돕거나 국가에 봉사하려는 욕망에 따르기도 한다. 그러나 대부분의 경우는 알고자 하는 단순한 욕구인 호기심을 불러일으키는 문제를 탐구한다. 그들은 가능한 한 현재 통용되는 양식, 믿음, 가치관으로부터 벗어난 지식을 추구한다. 과학자들이 발견한 것은 다윈의 진화론이 그랬던 것처럼 사람들을 깜짝 놀라게 하거나 화나게 만들 수도 있다. 그러나 과학 그 자체는 인간 생활에 영향을 끼치지 않는다.

반면 기술은 인간 생활에 영향을 끼친다. 일단 기술이 발전하기 시작하면 인간은 그것을 외면할 수 없다. 기술자들은 특별히 인간의 유익과 쾌락을 위해, 때로는 인간 생활의 향상을 위해 어떤 것을 설계하고 창조하고 만든다. 그러나 어떤 기술은 인간을 억압하고 고통과 불안에 몰아넣는 역효과를 낳기도 한다. 비록 기술은 과학에서 비롯됐지만 기술이 인간 생활에 어떤 영향을 끼치는지에 대해 판단을 내려야 한다.

우리 모두는 기술 남용에 익숙해져 있다. 많은 사람들은 만연한 공해, 자원고갈, 심지어 사회 부패에 대한 책임을 물어 기술 그 자체를 비난한다. 기술을 비난하는 목소리는 흔히 기술의 가능성을 무시하는데, 여기서 가능성이란 더 깨끗하고 건강한 세상에 대한 가능성을 말한다. 무지한 상태보다는 기술을 알고 그 위험성을 경계하는 것이 현명하다. 과학과 기술을 현명하게 사용하면 더 나은 세상을 만들 수 있다.



인간 세상에서 질서와 의미에 대한 탐구는 여러 형태를 띠고 있다. 하나는 과학이고 다른 하나는 예술이며, 또 하나는 종교다. 이 세 가지 모두의 근원은 수천 년 전으로 거슬러 올라가지만 그중 과학은 역사가 비교적 짧다. 중요한 사실은 과학, 예술, 종교가 다루는 영역이 약간 겹치기는 하지만 서로 다르다는 것이다. 과학은 주로 자연현상을 발견하고 기록하는 것에 관심을 갖고, 예술은 감각과 어우러져 인간 상호관계의 가치에 관심을 가지며, 종교는 모든 것의 근원·목적·의미에 관심을 갖는다.

과학과 종교는 서로 다르다. 과학의 대상은 자연의 질서인 데 비해 종교의 대상은 자연의 목적이다. 종교적 믿음과 실천은 대개 초자연적 존재와 인간 사회의 창조에 대한 숭배, 신앙심을 필요로 한다. 이런 점에서 과학과 종교는 사과와 오렌지가 다른 것처럼 서로 다르나, 상충되지 않는다. 즉 과학과 종교, 이 둘의 관계는 상충관계가 아니라 상호보완 관계다.

과학과 예술이 지니는 가치는 비슷하다. 예술은 인간의 물리적·심리적 경험을 형상화함으로써 우리가 직접 경험하지 못한 감정을 배울 수 있게 해준다. 이와 유사하게 과학적 지식은 어떤 현상을 경험하기 전일지라도 그것이 자연에서 일어날 가능성에 대해 예측할 수 있도록 도와준다. 예술이 그러하듯 과학은 사물들이 관계를 맺는 방식, 사물들 사이에 존재하는 연관성을 보는 방식, 우리 주변의 자연에서 일어나는 많은 사건들에 의미를 부여하는 방식을 제공한다. 진정으로 교양 있는 사람은 과학은 물론 예술 분야에 대해서도 지식이 있어야 한다.